Эталон решения задачи № 3

1) Назовите основные приборы для определения скорости движения воздуха и объясните принцип их работы; определите целесообразность использования тех или иных приборов при различных условиях.

2) Дайте физиолого-гигиеническую оценку скорости движения воздуха в учебной аудитории, которая составляет 0,4 м/с.

1. Для измерения скорости движения воздуха и скорости ветра используются следующие приборы:

1) Флюгер Вильде. Данный прибор предназначен для использования на метеорологических станциях с целью многолетних постоянных наблюдений в различных регионах за направлениями и скорости ветров. Следует учитывать, что фиксируемые данные на метеорологических станциях, расположенных в различных местностях, должны быть сравнимыми. Это условие предполагает использование только серийно выпускаемых флюгеров, имеющих строго однотипное устройство.

Устройство серийного флюгера представлено на рисунке. Как видно из рисунка, направление движения воздушных потоков определяется с помощью флюгарки – пластинки клиновидной формы с противовесом. Направление ветра фиксируется с помощью муфты с жестко закрепленными прутиками (штифтиками) – указателями румбов.

При вращении флюгарки доска для определения скорости ветра всегда принимает положение, перпендикулярное направлению ветра, и под давлением последнего отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол. По положению отклонения доски, пользуясь отградуированными штифтиками-указателями, определяют скорость ветра. В приборе имеются две доски: легкая (200 г) для измерения скоростей, не превышающих 20 м/с и тяжелая (800 г) для скоростей до 40 м/с. Приближенную скорость ветра можно определить, помножив размер штифтика на 2 (при пользовании легкой доской) или на 4 (при пользовании тяжелой доской). Флюгер для наблюдений устанавливают в открытом месте на столбе высотой 8–10 м. штифтик с буквой С (N) должен быть установлен на север по компасу или полуденной линии, то есть по меридиану данного места.

На основании многолетних наблюдений выводятся закономерности направлений и скоростей воздушных потоков, составляющие особенности климато-погодных условий в той или иной местности. Эти справочные данные широко используются для различных, частью указанных выше целей, в том числе и в гигиенической практике, в частности, когда имеет место необходимость гигиенического контроля за планировкой и застройкой населенных мест.

2) Анемометры. В санитарно-гигиенической практике наиболее широко используются портативные анемометры – чашечный анемометр и крыльчатый анемометр. Воспринимающая часть чашечного анемометра представляет собой вертушку из 4 полых полушарий (чашечек), закрепленную на металлической оси, нижний конец которой связан со счетным механизмом (тахометром). Стрелки на циферблате прибора показывают число оборотов полушарий вокруг оси: большая – число единиц и десятков, а две маленькие – число сотен и тысяч. Для включения и выключения счетчика оборотов на коробке прибора имеются рычаг и два кольца. В случае, если имеет место необходимость измерение движения воздуха на какой-либо высоте, прибор можно закрепить на шесте с помощью винта в нижней части. При этом для дистанционного включения и выключения счетчика на рычаге включения жестко закрепляется шнур и пропускается через кольца. Пометив концы шнура, можно включать и выключать счетчик.

Порядок измерения скорости движения воздуха (ветра). Записывают показания всех стрелок (на малых циферблатах учитывают только целые деления). Устанавливают прибор на шесте или держат в вытянутых руках в зависимости от конкретных задач. При этом прибор должен находиться в строго вертикальном положении. Далее, выжидают 1 – 2 минуты, пока не наступит полное вращение вертушки, после чего шнуром или непосредственно ручками включают одновременно счетчик прибора и секундомер.

Наблюдение ведется в течение 10 минут. После данной экспозиции включают счетчик и секундомер и вновь записывают показания стрелок счетчика. Затем вычисляют разность между двумя показаниями счетчика, делят эту величину на время наблюдения, выраженное в секундах, и получают число оборотов в 1 секунду.

Эта величина приблизительно соответствует искомой скорости движения воздушного потока. Для получения более точной величины пользуются таблицей или графиком перевода числа оборотов в скорость. Таблица или график прилагаются к прибору.

Чашечный анемометр служит для определения средних скоростей ветра в пределах 1,0 – 2,0 м/с. с помощью данного прибора можно производить не только метеорологические наблюдения в открытой атмосфере, но и определять скорость движения воздушных потоков в вентиляционных системах, в частности, с целью гигиенической оценки эффективности вентиляции в помещениях и устройствах различного назначения.

Крыльчатый анемометр по принципу работы идентичен предыдущему прибору. Однако в данном приборе имеются некоторые конструктивные особенности, повышающие его чувствительность и нижние пределы определения скорости движения воздушных потоков. Воспринимающей частью в крыльчатом анемометре служит мельничка (крыльчатка) из легких металлических лопастей, посаженных на соединенную со счетчиком оборотов горизонтальную ось.

При работе прибор ориентируется по потоку так, чтобы счетный механизм был позади потока относительно крыльчатки. Для преодоления инерции сопротивления прибора крыльчатке достаточно вращаться в холостую всего 0,5 минуты. Продолжительность наблюдения ограничивается 2 минутами. Порядок расчета скорости потока воздуха такой же, как у чашечного анемометра. С помощью крыльчатого анемометра представляется возможность измерять скорость воздушных потоков от 0,3 до 5,0 м/с.

3) Кататермометр. Данный прибор представляет собой особый спиртовый термометр со шкалой 35-38С или 33-40С. Поначалу кататермометр был сконструирован для измерения охлаждающего влияния температуры воздуха на тело человека. В дальнейшем было показано, что кататермометр не производит потери тепла с поверхности кожи человека, не учитывает влияния теплового излучения, которое оказывает значительное действие на тепловой обмен организма. В настоящее время применяется практически исключительно для измерения малых скоростей движения воздуха, хотя, пользуясь кататермометром, можно ориентировочно определить, с какими его показаниями при различных условиях производственной деятельности совпадает оптимальное самочувствие людей, и оценить охлаждающую способность метеорологических факторов (температуры и скорости движения воздуха).

В зависимости от конструкции кататермометры бывают цилиндрические (кататермометр Хилла) или шаровые (рисунок 21), представляют собой термометр, в котором верхний конец капиллярной трубки имеет расширение, которое частично заполняется спиртом при нагревании. Принцип того и другого кататермометров заключается в том, что скорость снижения температуры приборов зависит кроме температуры воздуха от скорости его движения. При работе с цилиндрическим кататермометром измеряют время снижения температуры с 38 до 35С, с шаровым – с 38 до 35С, 39 до 34С, 40 до 38С. причем нетрудно заметить, что средне значение указанных температурных перепадов всегда равно 36,5С, то есть средней температуре человека. Это позволяло при первоначальном назначении приборов в какой-то степени имитировать охлаждающее воздействие воздуха на организм человека («охлаждающая способность воздуха»). В процессе охлаждения с 1 см² поверхности резервуара кататермометров теряется постоянное количество тепла. Эта величина (катафактор) является константой (постоянной величиной) прибора и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора, выраженного в мкал/см².

Порядок работы с кататермометрами. Перед измерением кататермометр опускают в воду при температуре 65–80С и держат, пока спирт заполнит не менее половины расширения капилляра. После этого кататермометр тщательно вытирают, вешают на штатив в точке измерения и по секундомеру устанавливают время охлаждения в указанных выше интервалах температур. Очень важно, чтобы кататермометр в период наблюдения находился в неподвижном состоянии, в противном случае будет имитироваться дополнительное движение воздуха. Измерения в одной точке повторяют несколько раз, отбрасывают первый результат, а из последующих выводят среднее значение величины охлаждения (Н). Вычисление величины охлаждения по цилиндрическому кататермометру производят по формулам, как и скорость движения воздуха, с помощью дополнительных таблиц, упрощающих расчеты.

Как правило, кататермометры используются для измерения скоростей движения воздуха менее 1 м/с.

4) Современные модификации анемометров. Отличаются от представленных выше тем, что в них механическая энергия движения чашечек или крыльев трансформируются в электрический импульс, пропорциональный скорости движения воздуха.

К современным приборам, например, относятся:

- Портативный крыльчатый анемометр АТТ–1002;

- Анемометр цифровой переносной АП1М;

- Измеритель параметров воздушного потока ТА–метр.

2. Целесообразность использования приборов в тех или иных целях представлена в их описании.

3. При норме температуры в учебной аудитории 18-20 нормируемая скорость движения воздуха составляет 0,2 м/с. Таким образом, при скорости движения воздуха 0,4 м/с у преподавателей и студентов может наблюдаться легкий тепловой дискомфорт, связанный с повышенной теплоотдачей конвекцией.